Com base no método de modelo de dendrímero, clusters consistindo em 3, 12, 13 e outro número de átomos foram sintetizados. A natureza superatômica semelhante ao halogênio de Ga13 foi estrutural e eletroquimicamente observada como completamente diferente dos outros aglomerados. Os resultados para esses aglomerados de gálio forneceram candidatos para superátomos. Crédito:Tokyo Tech
'Superatom' é um nome dado a um aglomerado de átomos que parecem exibir propriedades semelhantes a átomos elementares. Os cientistas têm demonstrado interesse particular em estruturas superatômicas, uma vez que eles podem ser ligados a átomos para produzir moléculas, e potencialmente ser usado para substituir certos elementos em muitas aplicações.
Mas para que os superátomos sejam efetivamente utilizados, eles devem ser especialmente ajustados para se parecerem com as características dos elementos correspondentes. Essa transformação depende da combinação específica de elétrons usados. Por exemplo, quando um átomo de alumínio com 3 elétrons de valência (elétrons da camada externa que podem contribuir para a formação de ligações químicas) é adicionado ao superátomo do alumínio-13, as propriedades mudam para as de um superátomo de alumínio-14. Devido a esta capacidade de modificação dos superátomos, investigá-los e entendê-los melhor é importante. Mas a pesquisa anterior foi principalmente teórica, e amplamente focado em clusters únicos. A pesquisa também não foi capaz de sintetizar aglomerados superatômicos com volume e estabilidade suficientes para aplicação prática.
Em um estudo recente, cientistas da Tokyo Tech e ERATO Japan Science and Technology, liderado pelo Dr. Tetsuya Kambe e Prof Kimihisa Yamamoto, clusters fabricados do elemento gálio (Ga) em solução para demonstrar os efeitos da alteração do número de átomos em um cluster nas propriedades do cluster. A equipe sintetizou grupos de Ga de 3, 12, 13 e outros números de átomos usando um sintetizador especializado de superátomos. Para caracterizar e analisar as diferenças estruturais entre os clusters sintetizados, imagens de microscopia eletrônica de transmissão foram capturadas e cálculos foram realizados usando ferramentas de computação.
A espectrometria de massa revelou que os agrupamentos de 13 e 3 átomos tinham periodicidade superatômica. O aglomerado de 13 átomos diferia dos outros aglomerados estrutural e eletroquimicamente. Mas o aglomerado de 3 átomos com hidrogênio (Ga 3 H 2 ) foi reduzido para Ga 3 H 2 - e não foi detectado, sugerindo uma baixa estabilidade deste cluster quando sintetizado no meio de solução.
A capacidade de alterar os clusters reforça o conceito de que a mudança estrutural pode ser induzida em superátomos. Descrevendo as implicações de suas descobertas, os cientistas explicam:"Esta série de resultados demonstra que é possível alterar os elétrons de valência em aglomerados superatômicos em solução controlando o número de átomos constituintes. Isso, por sua vez, permite o projeto e a preparação de superátomos."
Este estudo abre caminho para pesquisas futuras para investigar o uso de superátomos como substitutos de elementos. Como Dr. Kambe, Prof Yamamoto e equipe reiteram, "o superátomo revela uma estratégia atraente para a criação de novos blocos de construção por meio do uso de estruturas de agrupamento."
